Andrea Ghez har spanat efter svarta hål i 30 år

2020-12-24 06:00  

När forskare fann bevis för ett supermassivt, kompakt objekt i mitten av vår galax var adaptiv optik avgörande. Nobelpristagaren Andrea Ghez har följt hur tekniken hela tiden blir bättre på att se igenom förvrängningar i atmosfären.

Keck-observatoriet ligger på över 4 000 meters höjd på Mauna Kea, Hawaiis högsta berg. Observatoriet består av två teleskop, vardera med en spegeldiameter på tio meter, och har haft en avgörande roll för vår förståelse om vad som egentligen finns i Vintergatans mitt.

Det är härifrån astrofysikern Andrea Ghez har gjort sina banbrytande observationer, som lett till ett delat Nobelpris i fysik 2020.

Hon har studerat Sagitarrius A*, i centrum av Vintergata, ända sedan 1990-talet. Då var de tekniska förutsättningarna helt annorlunda än i dag.

Läs mer: Expert om svarta hål: ”En väldigt effektiv maskin som producerar energi”

– Problemet med atmosfären är att den förvränger våra bilder av astrofysiska objekt. Det beror på att atmosfären är turbulent och rör sig förbi oss ständigt, förklarar hon för Ny Teknik när vi intervjuar henne på Zoom från Los Angeles, där hon jobbar på University of California.

Det man gjorde i början var något hon kallar för en ”enkel hårdvarulösning, men komplex ur mjukvarusynpunkt”.

– Tricket var att ta tillräckligt snabba bilder, vilket bara kräver att man ändrar kamerans elektronik så den läser av och hänger med i tidsskalan för förändringen i atmosfären. Pixelskalan behövde bli tillräckligt liten för att fånga den högspatiala upplösningen, och sedan krävdes en algoritmisk process.

Att kunna göra beräkningar tillräckligt snabbt har varit helt avgörande för den revolutionerande forskning som Andrea Ghez har bidragit till. 

Läs mer: Astronomer upptäcker svart hål rekordnära jorden

Hon har lagt fram bevis för att det finns ett supermassivt svart hål i mitten av vår galax. För detta delar hon ena halvan av årets Nobelpris i fysik, tillsammans med britten Roger Penrose.

– På 1990-talet blev högupplöst avbildning teknisk möjlig. Det var verkligen ett genombrott, som gjorde det möjligt för oss att upptäcka stjärnor som är tillräckligt nära galaxens mitt för att du ska kunna följa deras fullständiga rörelser, det vill säga deras individuella banor. Det är detta som har tagit svarta hål-caset ett enormt steg framåt, berättar Andrea Ghez.

I början av 2000-talet började forskare använda sig av adaptiv optik, som Andrea Ghez kallar för ”en mycket mer hårdvaruintensiv lösning”.

– I stället för att passivt fånga in de här snabba exponeringarna introducerar du ett instrument med ett optiskt element, vars form kan rekonfigureras efter atmosfärens tidsskala, berättar hon.

En central del av det adaptiva optiska systemet är en spegel som antar motsatt form jämfört med det som atmosfären påtvingar.

– Jag brukar jämföra det med lustiga huset-speglar. Du vill att din spegel antar motsatt form, men måste då kunna korrigera spegelns form i upp till 2000 gånger i sekunden. Det här är hjärtat i den adaptiva optiken. Om du kan göra det här kan du korrigera för förvrängningseffekten i realtid.

Läs mer: Katie Bouman – hjärnan bakom bilden på svarta hålet

För att veta vilken form spegeln ska anta måste ett teleskop kunna observera något som är tillräckligt ljus. Vad forskare bland annat gör i dag är att skapa en konstgjord stjärna, med hjälp av laser.

Andrea Ghez berättar kort hur det går till. Det finns ett förhållandevis tunt, fyra kilometer tjockt, lager av natriumatomer drygt 90 kilometer upp i jordens atmosfär. Genom att lysa på dessa med laser avges ett ljus som blir som en artificiell stjärna.

Om man bara använder en laser och skapar en konstgjord stjärna korrigerar man för mycket av den atmosfäriska förvrängningen, men inte allt. På den nivå vi ligger i dag, med ett teleskop med tio meters diameter, kan man korrigera för 30 procent av förvrängningseffekten i den galaktiska mitten.

Det är otroligt, säger Andrea Ghez. Men det betyder också att man fortfarande missar mycket. Nästa steg är att använda fler laserstrålar, så det du gör i princip blir som en datormografi av atmosfären, förklarar hon.

– Då kan du lista ut vad varje enskild laserstråle missar. Det här är under utveckling nu vid Keck-observatoriet. Det kommer att bredda observatoriets vetenskapliga möjligheter, och göra den tekniska övergången till nästa generations teleskop, med en diameter på 30 meter, lättare. Det här är något jag verkligen är uppspelt över. Det här är nästa generations adaptiva optik-system.

Ania Obminska

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt